Бейне

Компьютердің архитектурасы. Фон Нейманның принциптері

Джон фон Нейман сегіз жасында жоғары математика негіздерін және бірнеше шет және классикалық тілдерді меңгерді. Фон Нейман 1926 жылы Будапешт университетін бітіргеннен кейін Германияда сабақ берді, ал 1930 жылы Америка Құрама Штаттарына эмиграцияланып, Принстондағы тереңдетілген зерттеулер институтының мүшесі болды.

1944 жылы фон Нейман мен экономист О.Моргенштерн «Ойын теориясы және экономикалық мінез-құлық» кітабын жазды. Бұл кітапта ойындардың математикалық теориясы ғана емес, оның экономикаға, әскери және басқа ғылымдарға қолданылуы бар. Джон фон Нейман ENIAC әзірлеу тобына топ кездестірген математикалық кеңесші ретінде тағайындалды.

1946 жылы Г.Гольдштейн және А.Беркспен бірге «Электрондық есептеуіш машинаның логикалық құрылымын алдын ала талқылау» баяндамасын жазып, жариялады. Фон Нейманның есімі көрнекті физик және математик ретінде кең ғылыми ортада бұрыннан белгілі болғандықтан, баяндамада айтылған барлық мәлімдемелер оған қатысты. Сонымен қатар программадағы командалардың ретімен орындалатын компьютерлердің алғашқы екі буынының архитектурасы «фон Нейманның компьютер архитектурасы» деп аталды.

1. Бағдарламаны басқару принципі

Бұл принцип компьютердегі есептеу процестерін автоматтандыруды қамтамасыз етеді.

Бағдарлама белгілі бір реттілікпен процессор бірінен соң бірі автоматты түрде орындалатын нұсқаулар жинағынан тұрады. Бағдарлама жадтан бағдарлама есептегішінің көмегімен алынады. Бұл процессор регистрі онда сақталған келесі команданың адресін команда ұзындығына ретімен арттырады. Бағдарлама нұсқаулары жадта бірінен соң бірі орналасатындықтан, ретімен орналасқан жады ұяшықтарынан командалар тізбегі таңдап алынады. Егер пәрменді орындағаннан кейін келесісіне емес, басқасына өту қажет болса, командалық есептегішке келесі пәрменді қамтитын жад ұяшығының нөмірін енгізетін шартты немесе шартсыз өту командалары қолданылады. Жадтан командаларды алу «тоқтату» командасына жеткеннен кейін және орындалғаннан кейін тоқтайды. Осылайша, процессор бағдарламаны автоматты түрде, адамның араласуынсыз орындайды.

2. Жадының біртектілігі принципі

Бағдарлама мен мәліметтердің арасында принципті айырмашылықтың болмауы компьютердің өзі үшін есептеулер нәтижесіне сәйкес бағдарлама құруға мүмкіндік берді.

Бағдарламалар мен деректер бір жадта сақталады. Сондықтан компьютер берілген жад ұяшығында не сақталатынын – санды, мәтінді немесе команданы ажыратпайды. Деректердегі сияқты пәрмендерде бірдей әрекеттерді орындауға болады. Ол ашылады тұтас сызықмүмкіндіктер. Мысалы, бағдарлама оның орындалу барысында өңдеуден де өтуі мүмкін, бұл бағдарламаның өзінде оның кейбір бөліктерін алу ережелерін орнатуға мүмкіндік береді (программада циклдар мен ішкі бағдарламалардың орындалуы осылай ұйымдастырылады). Сонымен қатар, бір программаның командалары басқа программаның орындалу нәтижесі ретінде қабылдануы мүмкін. Аударма әдістері осы принципке негізделген - бағдарлама мәтінін жоғары деңгейлі бағдарламалау тілінен белгілі бір машина тіліне аудару.

3. Мақсаттылық принципі

Құрылымдық жағынан негізгі жады қайта нөмірленген ұяшықтардан тұрады. Кез келген ұяшық процессорға кез келген уақытта қол жетімді. Демек, жад аймақтарына атаулар беруге болады, осылайша оларда сақталған мәндерге кейінірек қол жеткізуге немесе тағайындалған атауларды пайдаланып бағдарламаларды орындау кезінде өзгертуге болады.

Фон Нейман ақпаратты өңдеудің әмбебап және ыңғайлы құралы болу үшін компьютер қандай болуы керек екенін сипаттады. Онда ең алдымен келесі құрылғылар болуы керек:

Арифметикалық және логикалық операцияларды орындайтын арифметикалық логикалық құрылғы Бағдарламаның орындалу процесін ұйымдастыратын басқару құрылғысы Бағдарламалар мен мәліметтерді сақтауға арналған жад құрылғысы Ақпаратты енгізу-шығаруға арналған сыртқы құрылғылар.

Осы принциптерге негізделген компьютерлер фон Нейман компьютерлері ретінде жіктеледі.

Бүгінгі күні бұл компьютерлердің басым көпшілігі, соның ішінде IBM PC - үйлесімді. Бірақ басқа архитектурасы бар компьютерлік жүйелер бар - мысалы, параллельді есептеу жүйелері.

Компьютерді құрудың магистральдық-модульдік принципі

Компьютер архитектурасы оның логикалық ұйымы, құрылымы, ресурстары, яғни құралдары ретінде түсініледі есептеу жүйесі. Қазіргі дербес компьютерлердің архитектурасы магистральдық-модульдік принципке негізделген.

Модульдік принцип тұтынушыға өзіне қажетті компьютердің конфигурациясын таңдауға және қажет болған жағдайда оны жаңартуға мүмкіндік береді. Жүйені модульдік ұйымдастыру ақпарат алмасудың негізгі (шиналық) принципіне негізделген. Магистральды немесе жүйелік шина – процессорды, жадты және перифериялық құрылғыларды жадты адрестеу, мәліметтерді беру және қызмет көрсету сигналдары бойынша байланыстыратын электрондық желілердің жиынтығы.

Жеке компьютерлік құрылғылар арасындағы ақпарат алмасу барлық модульдерді қосатын үш көпразрядты шиналар арқылы жүзеге асырылады – деректер шинасы, адрес шинасы және басқару шинасы.

Жеке компьютерлік модульдерді магистральға қосу қосулы физикалық деңгейконтроллерлердің көмегімен жүзеге асырылады, ал бағдарламалық жасақтамада оны драйверлер қамтамасыз етеді. Контроллер процессордан сигнал қабылдайды және сәйкес құрылғы осы сигналды қабылдап, оған жауап бере алатындай шифрды шешеді. Процессор құрылғының реакциясына жауап бермейді - бұл контроллердің функциясы. Сондықтан компьютердің сыртқы құрылғыларын ауыстыруға болады, ал мұндай модульдердің жиынтығы ерікті.

Деректер шинасы разрядының ені процессордың разрядтық енімен, яғни процессор бір тактілік циклде өңдейтін биттердің санымен белгіленеді.

Деректер шинасында мәліметтер процессордан кез келген құрылғыға да, оған да берілуі мүмкін кері жағы, яғни деректер шинасы екі жақты. Деректер шинасын пайдаланатын процессордың негізгі жұмыс режимдеріне мыналар жатады: деректерді жазу/оқу жедел жадыжәне сыртқы жад құрылғыларынан, енгізу құрылғыларынан деректерді оқу, деректерді шығару құрылғыларына тасымалдау.

Деректер алмасу абонентін таңдауды адрестік кодты жасайтын процессор жүзеге асырады бұл құрылғы, ал ЖЖҚ үшін – жад ұяшығының адрестік коды. Адрес коды адрестік шинада беріледі, ал сигналдар бір бағытта, процессордан құрылғыларға беріледі, яғни бұл шин бір бағытты.

Басқару шинасы ақпарат алмасу сипатын анықтайтын сигналдарды және ақпарат алмасуға қатысатын құрылғылардың өзара әрекетін синхрондайтын сигналдарды береді.

Сыртқы құрылғылар автобустарға интерфейс арқылы қосылған. Интерфейс деп ДК перифериялық құрылғысының онымен орталық процессор арасындағы ақпарат алмасуды ұйымдастыруды анықтайтын әртүрлі сипаттамаларының жиынтығы түсініледі. Интерфейс сәйкес келмеген жағдайда (мысалы, жүйелік шина интерфейсі және қатты диск интерфейсі) контроллерлер қолданылады.

Компьютерді құрайтын құрылғылардың орталық процессормен байланысы үшін IBM-үйлесімді компьютерлер үзілістер (Үзілістер) жүйесін қамтамасыз етеді. Үзу жүйесі компьютерге ағымдағы әрекетті кідіртуге және пернетақтадағы пернені басу сияқты кіріс сұрауына жауап ретінде басқаларға ауысуға мүмкіндік береді. Шынында да, бір жағынан, компьютердің өзіне жүктелген жұмыспен айналысқаны жөн, ал екінші жағынан, назар аударуды қажет ететін кез келген сұранысқа оның жедел жауап беруі қажет. Үзілістер жүйенің жедел жауабын қамтамасыз етеді.

Компьютерлік технологияның дамуы қарқынмен жүріп жатыр. Жыл сайын жаңа процессорлар, платалар, дискілер және басқа перифериялық құрылғылар пайда болады. ДК әлеуетінің өсуі және жаңа, анағұрлым қуатты компоненттердің пайда болуы сіздің компьютеріңізді жаңартуға деген ұмтылысты еріксіз тудырады. Дегенмен, жаңа жетістіктерді толық бағалау мүмкін емес компьютерлік технологияоларды қолданыстағы стандарттармен салыстырмай.

ДК саласындағы жаңа нәрселерді әзірлеу әрқашан ескі стандарттар мен принциптерге негізделген. Сондықтан оларды білу жаңа жүйені таңдау үшін (немесе қарсы) негізгі фактор болып табылады.

Компьютер келесі компоненттерден тұрады:

Орталық Есептеуіш Бөлім

сақтау құрылғылары;

енгізу құрылғылары;

шығару құрылғылары;

байланыс құрылғылары.

· қолдану екілік жүйесандарды бейнелеу үшін. Фон Нейманның жұмысы техникалық іске асыру үшін екілік жүйенің артықшылықтарын, арифметикалық және логикалық операцияларды орындау ыңғайлылығын көрсетеді. Болашақта олар ақпараттың сандық емес түрлерін өңдей бастады: мәтіндік, графикалық, дыбыстық және т.б. Екілік кодтау негізі болып табыладызаманауи компьютер.

«сақталған бағдарлама» принциптері. Екілік кодтарда жазылған программа өңделетін деректермен бір жадта сақталуы керек.

мақсаттылық принципі. Пәрмендер мен деректер мекенжай арқылы қол жеткізілетін жад ұяшықтарына тасымалданады. Ұяшықтың адресі оның нөмірі болып табылады, жедел жадтағы ақпараттың орналасуы да екілік жүйелер түрінде кодталады.

Компьютерде фон Нейман принципі бойынша командалар жадтан жүйелі түрде оқылады және орындалады. Бағдарлама командасы шығарылатын келесі жады ұяшығының нөмірі (адресі) арнайы командалық есептегіш құрылғыда қалыптасады және сақталады.

Фон Нейман принциптеріне сәйкес компьютерде келесі құрылғылар болуы керек:

· Арифметикалық логикалық блок (ALU) кодталған ақпаратты өңдеуге арналған және арифметикалық және логикалық операцияларды орындай алады:;

· Басқару блогы (БҚ) бағдарламалардың орындалуын ұйымдастырады;

· Жад немесе сақтау құрылғысы (жад) – бағдарламалар мен мәліметтерді сақтау. Компьютер жады бірнеше нөмірленген ұяшықтардан тұрады. Олардың әрқайсысында өңделген деректер немесе бағдарлама нұсқаулары болуы мүмкін;

· Ақпаратты енгізу және шығаруға арналған сыртқы құрылғылар, тікелей және кері байланысты қамтамасыз етеді.

ДК негізгі блоктарының құрамы мен мақсатын қарастырайық (2-сурет).

Күріш. 2.Дербес компьютердің құрылымдық схемасы

Микропроцессор (МП).Бұл машинаның барлық блоктарының жұмысын басқаруға және ақпаратпен арифметикалық және логикалық операцияларды орындауға арналған ДК орталық блогы.

Микропроцессорға мыналар кіреді:

§ басқару құрылғысы(CU) - орындалатын операцияның ерекшелігіне және алдыңғы операциялардың нәтижелеріне байланысты белгілі бір басқару сигналдарын (басқару импульстерін) қажетті уақытта құрастырады және машинаның барлық блоктарына жеткізеді; орындалатын операция қолданатын жады ұяшықтарының адрестерін қалыптастырады және осы адрестерді сәйкес компьютер блоктарына береді; басқару құрылғысы тактілік импульс генераторынан эталондық импульс тізбегін алады;

§ арифметикалық логикалық бірлік(ALU) – сандық және символдық ақпаратқа барлық арифметикалық және логикалық операцияларды орындауға арналған (кейбір ДК үлгілерінде қосымша математикалық сопроцессор);

§ микропроцессорлық жады(MPP) - машинаның келесі циклдеріндегі есептеулерде тікелей қолданылатын ақпаратты қысқа мерзімді сақтау, жазу және шығару үшін қызмет етеді. MPP регистрлерде құрастырылған және машинаның жоғары өнімділігін қамтамасыз ету үшін пайдаланылады, өйткені негізгі жады (ОП) әрқашан қажетті ақпаратты жазу, іздеу және оқу жылдамдығын қамтамасыз ете бермейді. тиімді жұмысжылдам микропроцессор. Тіркеулер- әртүрлі ұзындықтағы жоғары жылдамдықты жад ұяшықтары (стандартты ұзындығы 1 байт және одан төмен жылдамдыққа ие ОП ұяшықтарынан айырмашылығы);

§ микропроцессорлық интерфейс жүйесі– басқа ДК құрылғыларымен жұптастыруды және байланысты жүзеге асырады; ішкі MP интерфейсін, буферлік сақтау регистрлерін және кіріс-шығыс порттарын (IOP) және жүйелік шинаны басқару схемаларын қамтиды. Интерфейс(интерфейс) – компьютерлік құрылғылардың өзара тиімді әрекетін қамтамасыз ететін интерфейс пен байланыс құралдарының жиынтығы. Енгізу/шығару порты(I/O – Input/Output порты) – басқа ДК құрылғысын микропроцессорға қосуға мүмкіндік беретін интерфейстік жабдық.

Сағат импульсінің генераторы.Ол электрлік импульстардың тізбегін тудырады; құрылған импульстердің жиілігі машинаның тактілік жиілігін анықтайды.

Көрші импульстар арасындағы уақыт аралығы машинаның бір циклінің уақытын анықтайды немесе жай машинаның циклі.

Тағамдық импульс генераторының жиілігі дербес компьютердің негізгі сипаттамаларының бірі болып табылады және оның жұмыс істеу жылдамдығын негізінен анықтайды, өйткені машинадағы әрбір операция белгілі бір циклдар санында орындалады.

Жүйе шинасы.Бұл оның барлық құрылғыларының бір-бірімен жұптасуын және байланысын қамтамасыз ететін компьютердің негізгі интерфейс жүйесі.

Жүйелік шинаға мыналар кіреді:

§ код деректер сызығы(KShD), операндтың сандық кодының (машина сөзінің) барлық цифрларын параллель жіберуге арналған сымдар мен интерфейс схемаларын қамтитын;

§ мекенжай код сызығы(KSA), оның ішінде негізгі жад ұяшығының адрестік кодының немесе сыртқы құрылғының кіріс-шығыс портының барлық цифрларын параллель жіберуге арналған сымдар мен интерфейстік схемалар;

§ нұсқаулық код сызығы(КШИ), машинаның барлық блоктарына нұсқауларды (басқару сигналдарын, импульстарды) беруге арналған сымдар мен интерфейс схемаларын қамтитын;

§ күштік рельс,ДК блоктарын электрмен жабдықтау жүйесіне қосу үшін сымдар мен интерфейстік схемалардың болуы.

Жүйелік шина ақпаратты тасымалдаудың үш бағытын қамтамасыз етеді:

1) микропроцессор мен жедел жады арасында;

2) микропроцессор мен сыртқы құрылғылардың енгізу-шығару порттары арасында;

3) негізгі жады мен сыртқы құрылғылардың енгізу/шығару порттары арасында (жадқа тікелей кіру режимінде).

Барлық блоктар, дәлірек айтсақ, олардың кіріс-шығыс порттары шинаға сәйкес біртұтас қосқыштар (түйіндер) арқылы бірдей түрде қосылады: тікелей немесе арқылы контроллерлер (адаптерлер).Жүйелік шинаны микропроцессор тікелей немесе көбінесе қосымша микросұлба арқылы басқарады - автобус контроллері,негізгі басқару сигналдарын қалыптастыру. Сыртқы құрылғылар мен жүйелік шина арасындағы ақпарат алмасу ASCII кодтары арқылы жүзеге асырылады.

Негізгі жады (ОП).Ол машинаның басқа блоктарымен ақпаратты сақтауға және жылдам алмасуға арналған. ОП сақтау құрылғыларының екі түрін қамтиды: тек оқуға арналған жад (ROM) және жедел жад (RAM).

Тұрақты Жадтау Құрылғысыөзгермейтін (тұрақты) бағдарламалық қамтамасыз етуді сақтау үшін қызмет етеді және бастапқы ақпарат, тек онда сақталған ақпаратты жылдам оқуға мүмкіндік береді (ROM-дағы ақпаратты өзгерту мүмкін емес).

Жедел Жадтау Құрылғысыағымдағы уақыт кезеңінде ДК орындайтын ақпараттық-есептеу процесіне тікелей қатысатын ақпаратты (бағдарламалар мен мәліметтерді) жедел жазуға, сақтауға және оқуға арналған. ЖЖҚ-ның негізгі артықшылықтары оның жоғары өнімділігі және әрбір жад ұяшығына жеке қол жеткізу мүмкіндігі (ұяшыққа тікелей адрестік қатынас). ЖЖҚ-ның кемшілігі ретінде, машинаның қуатын өшіргеннен кейін онда ақпаратты сақтау мүмкін еместігін атап өткен жөн (құбылмалылық).

сыртқы жады.Ол компьютердің сыртқы құрылғыларына қатысты және мәселелерді шешу үшін қажет болуы мүмкін кез келген ақпаратты ұзақ мерзімді сақтау үшін пайдаланылады. Атап айтқанда, компьютердің барлық бағдарламалық құралдары сыртқы жадта сақталады. Сыртқы жадта сақтау құрылғыларының алуан түрлері бар, бірақ ең көп тараған, кез келген дерлік компьютерде қол жетімді, қатты дискілер (HDD) және иілгіш дискілер (NGMD) магниттік дискілері.

Бұл жетектердің мақсаты ақпараттың үлкен көлемін сақтау, сақталған ақпаратты сұрау бойынша жедел жадыға жазу және шығару болып табылады. HDD және NGMD тек конструктивті түрде, сақталған ақпараттың көлемі мен ақпаратты іздеуге, жазуға және оқуға кететін уақыт бойынша ерекшеленеді.

Сыртқы жад құрылғылары ретінде кассеталық магниттік лентадағы сақтау құрылғылары (стримерлер), оптикалық диск жетектері (CD-ROM – Compact Disk Read Only Memory – тек оқуға арналған жады бар ықшам диск) т.б. (см.бөлімше 4.4).

Нәр беруші.Бұл дербес компьютерге арналған автономды және электрмен жабдықтау жүйелерін қамтитын блок.

Таймер.Бұл қажет болған жағдайда уақыттың ағымдағы сәтін (жыл, ай, сағат, минут, секунд және секундтардың үлестері) автоматты түрде жоюды қамтамасыз ететін машинадағы электронды сағат. Таймер автономды қуат көзіне - аккумуляторға қосылған және машина желіден ажыратылған кезде жұмысын жалғастырады.

Сыртқы құрылғылар (VU).Бұл ең маңыздысы құрамдаскез келген компьютерлік кешен. Құны бойынша VU кейде барлық дербес компьютерлердің 50 - 80% құрайтынын айтсақ жеткілікті. WU құрамы мен сипаттамалары көбінесе басқару жүйелерінде және жалпы халық шаруашылығында ДК қолдану мүмкіндігі мен тиімділігін анықтайды.

VU ДК машинаның қоршаған ортамен әрекеттесуін қамтамасыз етеді: пайдаланушылар, басқару объектілері және басқа компьютерлер. VU өте әртүрлі және оларды бірқатар критерийлер бойынша жіктеуге болады. Сонымен, мақсатына сәйкес VU келесі түрлерін ажыратуға болады:

§ сыртқы жад құрылғылары (VSD) немесе сыртқы жадыДК;

§ диалогтық пайдаланушы құралдары;

§ ақпаратты енгізу құрылғылары;

§ ақпаратты шығару құрылғылары;

§ байланыс және телекоммуникация құралдары.

Диалог құралдарыпайдаланушыларға бейне мониторлар (дисплейлер), жиі емес консольдық жазу машинкалары (пернетақтасы бар принтерлер) және ақпаратты сөйлеуді енгізу-шығару құрылғылары кіреді.

Бейне монитор (дисплей)- ДК-ден енгізілген және шығарылатын ақпаратты бейнелеуге арналған құрылғы (см.бөлімше 4.5).

Дауыспен енгізу/шығару құрылғыларықарқынды дамып келе жатқан бұқаралық ақпарат құралдарының қатарында. Сөйлеуді енгізу құрылғылары әр түрлі микрофондық акустикалық жүйелер, «дыбыстық тышқандар», мысалы, адам айтқан әріптер мен сөздерді тануға, оларды сәйкестендіруге және кодтауға мүмкіндік беретін күрделі бағдарламалық жасақтамасы бар.

Сөйлеуді шығару құрылғылары – сандық кодтарды әріптер мен сөздерге түрлендіретін әртүрлі дыбыс синтезаторлары, олар динамиктер (колонкалар) немесе компьютерге қосылған динамиктер арқылы ойнатылады.

TO енгізу құрылғыларыбайланыстыру:

§ пернетақта– ДК-ге сандық, мәтіндік және басқару ақпаратын қолмен енгізуге арналған құрылғы (см.бөлімше 4.5);

§ графикалық планшеттер(цифрлағыштар)– қолмен енгізу үшін графикалық ақпарат, арнайы меңзерді (қаламды) планшет арқылы жылжыту арқылы кескіндер; қаламды жылжытқанда оның орналасқан жерінің координаталары автоматты түрде оқылады және бұл координаттар ДК-ге енгізіледі;

§ сканерлер(оқу машиналары) – қағаздан автоматты түрде оқуға және машинкамен басылған мәтіндерді, графиктерді, сызбаларды, сызбаларды ДК-ге енгізу үшін; сканердің кодтау құрылғысында мәтіндік режимде оқылған символдар анықтамалық контурлармен салыстырудан кейін арнайы бағдарламалар арқылы ASCII кодтарына түрлендіріледі, ал графикалық режимде оқылған графиктер мен сызбалар екі өлшемді координаталар тізбегіне түрлендіріледі. (см.бөлімше 4.5);

§ манипуляторлар(меңзегіш құрылғылар): джойстик- рычаг , тінтуір, трекбол -жиектелген доп, жеңіл қаламжәне басқалары - курсордың экрандағы қозғалысын басқару, содан кейін курсордың координаталарын кодтау және оларды ДК енгізу арқылы дисплей экранына графикалық ақпаратты енгізу;

§ сенсорлық экрандар - енгізу үшін жеке элементтерДК-де бөлінген экран дисплейіндегі кескіндерді, бағдарламаларды немесе пәрмендерді.

TO ақпаратты шығару құрылғыларыбайланыстыру:

§ принтерлер- ақпаратты қағазға жазуға арналған принтерлер (см.бөлімше 4.5);

§ плоттер (плоттер)- графикалық ақпаратты (графиктерді, сызбаларды, сызбаларды) дербес компьютерден қағазға шығару; плоттерлер - қаламмен және растрмен кескіндерді салатын векторлар: термографиялық, электростатикалық, сия бүріккіш және лазерлік. Конструкциясы бойынша плоттерлер жазық және барабанды плоттерлерге бөлінеді. Барлық плоттерлердің негізгі сипаттамалары шамамен бірдей: сызу жылдамдығы - 100 - 1000 мм / с, ең жақсы үлгілертүсті кескін және жартылай реңкті беру мүмкін; лазерлік плоттерлер ең жоғары ажыратымдылық пен кескін анықтығына ие, бірақ олар ең қымбат.

Құрылғылар байланыс және телекоммуникацияқұрылғылармен және автоматтандырудың басқа құралдарымен (интерфейс сәйкестіктері, адаптерлер, цифрлық-аналогтық және аналогты-цифрлық түрлендіргіштер және т.б.) және ДК-ны байланыс арналарына, басқа компьютерлер мен компьютерлік желілерге (желі интерфейсі) қосу үшін қолданылады. карталар, «түйіндер», мәліметтерді тасымалдауға арналған мультиплексорлар, модемдер).

Атап айтқанда, суретте көрсетілген. 4.2 желілік адаптерболып табылады сыртқы интерфейсДК және оны басқа компьютерлермен ақпарат алмасу, бір бөлігі ретінде жұмыс істеу үшін байланыс арнасына қосу үшін қызмет етеді компьютерлік желі. В жаһандық желілерфункциялары желілік адаптермодулятор-демодуляторды орындайды (модем, см.б. 7).

Жоғарыда аталған құрылғылардың көпшілігі шартты түрде бөлінген топқа – мультимедиялық құралдарға жатады.

Медиа құралдары(мультимедиа – мульти-орта) аппараттық құралдар кешені мен бағдарламалық құралдар, адамның компьютермен әртүрлі табиғи тасымалдаушыларды: дыбысты, бейнені, графиканы, мәтіндерді, анимацияны және т.б.

Мультимедиялық құралдарға сөзді енгізу және шығару құрылғылары жатады; қазірдің өзінде кең таралған сканерлер (өйткені олар басып шығарылған мәтіндер мен сызбаларды компьютерге автоматты түрде енгізуге мүмкіндік береді); бейнемагнитофоннан немесе бейнекамерадан сурет түсіріп, оны ДК-ге енгізетін жоғары сапалы бейне (видео-) және дыбыстық (дыбыс-) тақталар, бейне түсіру тақталары (видеограббер); күшейткіштері бар жоғары сапалы акустикалық және бейне ойнату жүйелері, спикерлер, үлкен бейне экрандар. Бірақ, мүмкін, одан да үлкен себеппен, мультимедиа жиі аудио және бейне ақпаратты жазу үшін пайдаланылатын оптикалық дискілердегі сыртқы жад құрылғыларын қамтиды.

CD дискілері, мысалы, оқу кезінде кеңінен қолданылады шет тілдері, жол қозғалысы ережелері, бухгалтерлік есеп, жалпы заңнама және оның ішінде салық заңнамасы. Ал мұның барлығы мәтіндер мен сызбалармен, сөйлеу ақпараттарымен және анимациямен, музыка мен бейнемен сүйемелденеді. Таза отандық аспектіде ықшам дискілерді аудио және бейне жазбаларды сақтау үшін пайдалануға болады, яғни. ойнатқыштың орнына аудио кассеталар мен бейне кассеталарды пайдаланыңыз. Әрине, компакт-дискіде сақталған көптеген компьютерлік ойын бағдарламаларын да атап өткен жөн.

Осылайша, CD-ROM компакт-дискілерге жазылған функционалдық жағынан да, ойнату ортасы жағынан да әртүрлі ақпараттың үлкен көлеміне қол жеткізуді қамтамасыз етеді.

Қосымша схемалар.Жүйелік шинаға және MP ДК-ге тәнсыртқы құрылғыларды қосуға болады және кейбір қосымшакеңейту және жетілдіру интегралдық схемалары бар тақталар функционалдықмикропроцессор: математикалық сопроцессор, жадқа тікелей қол жеткізу контроллері, енгізу-шығару сопроцессоры, үзу контроллері және т.б.

Математикалық сопроцессорбойынша операцияларды жеделдету үшін кеңінен қолданылады екілік сандаркейбір трансцендентальды, соның ішінде тригонометриялық функцияларды есептеу үшін екілік кодталған ондық сандар үстіндегі өзгермелі нүкте. Математикалық сопроцессордың өзінің командалық жүйесі бар және негізгі МП-мен параллель (уақыт бойынша біріктірілген), бірақ соңғысының басқаруымен жұмыс істейді. Операцияларды жеделдету ондаған рет жүреді. Соңғы үлгілер MP 80486 DX бастап, өз құрылымында сопроцессорды қамтиды.

Жадқа тікелей кіру контроллеріМП-ны магниттік диск жетектерін тікелей басқарудан босатады, бұл ДК тиімді жылдамдығын айтарлықтай арттырады. Бұл контроллерсіз VSD және RAM арасындағы деректер алмасу MP регистрі арқылы жүзеге асырылады, ал егер ол бар болса, деректер МП-ны айналып өтіп, VSD және RAM арасында тікелей тасымалданады.

Енгізу/шығару сопроцессорыМП-мен параллель жұмыс істеуге байланысты бірнеше сыртқы құрылғыларға (дисплейге, принтерге, қатты дискіге, иілгіш дискіге және т.б.) қызмет көрсету кезінде енгізу-шығару процедураларының орындалуын айтарлықтай жылдамдатады; МП енгізу-шығару процедураларын өңдеуден босатады, соның ішінде жадыға тікелей қол жеткізу режимін жүзеге асыру.

Ең маңызды рөлді ДК-дегі үзу контроллері атқарады.

Үзу- екінші программаны жылдам орындау үшін бір программаның орындалуын уақытша тоқтату, в осы сәтмаңыздырақ (басымдық) бағдарлама

Компьютер үнемі жұмыс істеп тұрған кезде үзілістер орын алады. Барлық енгізу-шығару ақпараттық процедуралары үзілістер арқылы орындалатынын айтсақ жеткілікті, мысалы, таймер үзілістері орын алады және үзу контроллері секундына 18 рет қызмет көрсетеді (әрине, пайдаланушы оларды байқамайды).

Үзіліс контроллеріҮзу процедураларына қызмет көрсетеді, сыртқы құрылғылардан үзу сұрауын алады, осы сұраныстың басымдық деңгейін анықтайды және МП-ға үзу сигналын береді. МП осы сигналды алып, ағымдағы бағдарламаның орындалуын тоқтатады және орындауға көшеді арнайы бағдарламасыртқы құрылғы сұраған үзуге қызмет көрсету. Техникалық қызмет көрсету бағдарламасы аяқталғаннан кейін үзілген бағдарлама қайта жалғасады. Үзіліс контроллері бағдарламаланады.

Мемлекет оқу орны

жоғары кәсіби білім Түмен облысы

ТЮМЕНЬ МЕМЛЕКЕТТІК АКАДЕМИЯСЫ

ӘЛЕМ ЭКОНОМИКАСЫ, БАСҚАРУ ЖӘНЕ ҚҰҚЫҚ

Математика және информатика кафедрасы

тәртіп бойынша

«КОМПЬЮТЕР ЖҮЙЕЛЕРІ, ЖЕЛІЛЕР ЖӘНЕ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯЛАР»

«ФОН НЕЙМАННЫҢ ПРИНЦИПТЕРІ»

1. Кіріспе…………………………………………………………….2

2. Джон фон Нейманның сәулет өнерінің негізгі принциптері…………….3

3. Компьютердің құрылымы………………………………………………………3

4. Джон фон Нейманның машинасы қалай жұмыс істейді…………………………4

5. Қорытынды…………………………………………………………6

Әдебиеттер……………………………………………………8

Кіріспе

1960 жылдардың ортасынан бастап компьютерлерді жасау тәсілі көп өзгерді. Аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етуді әзірлеудің орнына аппараттық (аппараттық) және бағдарламалық қамтамасыз етудің (бағдарламалық қамтамасыз ету) синтезінен тұратын жүйе құрастырыла бастады. Бұл кезде өзара әрекеттесу ұғымы алдыңғы орынға шықты. Осылайша жаңа концепция пайда болды - компьютер архитектурасы.

Компьютер архитектурасы әдетте жиынтық ретінде түсініледі жалпы принциптерсәйкес есеп түрлерін шешуде компьютердің функционалдығын анықтайтын аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етуді ұйымдастыру және олардың негізгі сипаттамалары.

Компьютердің архитектурасы аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз ету кешенін құрумен және есепке алумен байланысты мәселелердің маңызды ауқымын қамтиды көп саныанықтаушы факторлар. Осы факторлардың ішінде негізгілері: құны, көлемі, функционалдығы, пайдаланудың қарапайымдылығы, ал аппараттық қамтамасыз ету архитектураның негізгі құрамдастарының бірі болып саналады.

Есептеу құралының құрылымы оның ағымдағы құрамын белгілі бір егжей-тегжейлі деңгейде анықтайтындықтан және құрал ішіндегі қатынастарды сипаттайтындықтан, есептеу құралының архитектурасын құрылымнан ажырату керек. Архитектура есептеу құралының құрамдас элементтерінің өзара әрекеттесуінің негізгі ережелерін анықтайды, олардың сипаттамасы өзара әрекеттесу ережелерін қалыптастыру үшін қажетті көлемде жүзеге асырылады. Ол барлық байланыстарды орнатпайды, бірақ қолданылатын құралдарды неғұрлым сауатты пайдалану үшін белгілі болуы керек ең қажет.

Осылайша, компьютер пайдаланушысы үшін қандай элементтерде екендігі маңызды емес электрондық схемалар, командаларды схемалық немесе бағдарламалық түрде орындау және т.б. Компьютердің архитектурасы шын мәнінде компьютерлердің жалпы дизайны мен құрылысына және олардың құрылысына қатысты мәселелер ауқымын көрсетеді бағдарламалық қамтамасыз ету.

Компьютердің архитектурасы ДК құрамын көрсететін құрылымды да, бағдарламалық және математикалық бағдарламалық қамтамасыз етуді де қамтиды. Компьютердің құрылымы – бұл элементтер мен олардың арасындағы байланыстардың жиынтығы. Барлық заманауи компьютерлерді құрудың негізгі принципі бағдарламалық басқару болып табылады.

Компьютер архитектурасы теориясының негізін Джон фон Нейман салған. Осы принциптердің қосындысы классикалық (фон Нейман) компьютер архитектурасын тудырды.

Джон фон Нейманның сәулет өнерінің негізгі принциптері

Джон фон Нейман (1903 - 1957) - алғашқы компьютерлерді жасауға және оларды қолдану әдістерін жасауға үлкен үлес қосқан американдық математик. Ол 1944 жылы оның дизайны таңдалып қойған әлемдегі ең бірінші түтік компьютер ENIAC құруға қосылып, компьютерлер архитектурасы туралы ілімнің негізін қалады. Жұмыс барысында Джон фон Нейман өзінің әріптестері Г.Голдштейн және А.Беркспен көптеген пікірталастарда принципті түрде жаңа компьютер идеясын білдірді. 1946 жылы ғалымдар «Электрондық есептеуіш құрылғының логикалық құрылымын алдын ала қарастыру» атты қазіргі классикалық мақаласында ЭЕМ құрастыру принциптерін атап көрсетті. Содан бері жарты ғасырдан астам уақыт өтсе де, ондағы айтылған ережелер бүгінде өзектілігін жоғалтпайды.

Мақалада сандарды көрсету үшін екілік жүйені пайдалану нанымды негізделеді, өйткені бұрын барлық компьютерлер өңделген сандарды ондық жүйеде сақтаған. Авторлар техникалық іске асыруға арналған екілік жүйенің артықшылықтарын, ондағы арифметикалық және логикалық операцияларды орындаудың ыңғайлылығы мен жеңілдігін көрсетті. Болашақта компьютерлер ақпараттың сандық емес түрлерін – мәтіндік, графикалық, дыбыстық және т.б. өңдей бастады, бірақ екілік деректерді кодтау әлі де кез келген заманауи компьютердің ақпараттық негізін құрайды.

Тағы бір революциялық идея, оның маңыздылығын асыра бағалау қиынға соғады, бұл Нейманның «сақталған бағдарлама» принципі. Бастапқыда бағдарлама арнайы патч панелінде секіргіштерді орнату арқылы орнатылды. Бұл өте ауыр жұмыс болды: мысалы, ENIAC машинасының бағдарламасын өзгертуге бірнеше күн қажет болды, ал нақты есептеу бірнеше минуттан аспады - олардың саны өте көп болатын шамдар істен шықты. Нейман бағдарламаның нөлдер мен бірліктердің жиынтығы ретінде және оны өңдеген сандармен бірдей жадта сақтауға болатынын бірінші болып болжаған. Бағдарлама мен деректердің арасында түбегейлі айырмашылықтың болмауы компьютердің өзі үшін есептеулер нәтижелеріне сәйкес бағдарлама құруға мүмкіндік берді.

Компьютердің құрылымы

Джон фон Нейман компьютердің логикалық құрылғысының іргелі принциптерін алға тартып қана қоймай, оның құрылымын ұсынды, ол ЭЕМ-нің алғашқы екі буынында қайта шығарылды. Нейман бойынша негізгі блоктар басқару блогы (CU) және арифметикалық логикалық блок (ALU), әдетте орталық процессорға біріктірілген, сонымен қатар жалпы мақсаттағы регистрлердің (RON) жиынтығын қамтиды - процесте ақпаратты аралық сақтау үшін. оны өңдеу туралы; жады, сыртқы жады, енгізу және шығару құрылғылары. Айта кету керек, сыртқы жадтың енгізу және шығару құрылғыларынан ерекшелігі оған мәліметтер компьютерге ыңғайлы, бірақ адамның тікелей қабылдауына қолжетімсіз формада енгізіледі.

Джон фон Нейманның принциптеріне негізделген компьютер архитектурасы.

Көрсеткілері бар тұтас сызықтар ақпарат ағынының бағытын, нүктелі сызықтар басқару сигналдарын көрсетеді.

Джон фон Нейманның машинасы қалай жұмыс істейді

Енді осы архитектурада құрастырылған машина қалай жұмыс істейтіні туралы толығырақ сөйлесейік. Фон Нейман машинасы сақтау құрылғысы (жады) – жад, арифметикалық логикалық блок – ALU, басқару құрылғысы – CU, сондай-ақ олардың тізбектерінен көруге болатын және бұрын айтылғандай енгізу және шығару құрылғыларынан тұрады.

Бағдарламалар мен деректер жадқа енгізу құрылғысынан арифметикалық логикалық блок арқылы енгізіледі. Бағдарламаның барлық командалары көршілес жад ұяшықтарына жазылады және өңдеуге арналған мәліметтер ерікті ұяшықтарда болуы мүмкін. Кез келген бағдарлама үшін соңғы пәрмен өшіру пәрмені болуы керек.

Команда қандай операцияны орындау керектігін және көрсетілген операцияны орындау керек деректер сақталған жад ұяшықтарының мекенжайларын, сондай-ақ қажет болған жағдайда нәтиже жазылатын ұяшықтың мекенжайын көрсетуден тұрады. жадында сақталады.

Арифметикалық логикалық блок көрсетілген деректер бойынша командалармен көрсетілген операцияларды орындайды. Одан нәтижелер жадқа немесе шығару құрылғысына шығарылады.

Басқару блогы (CU) компьютердің барлық бөліктерін басқарады. Одан басқа құрылғылар «не істеу керек» сигналдарын алады, ал басқа құрылғылардан КО олардың күйі туралы ақпаратты алады. Құрамында арнайы тіркелім(ұяшық), ол «бағдарлама есептегіші» деп аталады. Бағдарлама мен мәліметтерді жадыға жүктегеннен кейін программаның бірінші командасының адресі программа санағышына жазылады, ал басқару блогы жадтан адресі программа санауышында орналасқан жад ұяшығының мазмұнын оқиды және оны арнайы құрылғыға – «Командалар реестріне» орналастырады. КО команданың жұмысын анықтайды, командада адрестері көрсетілген мәліметтерді жадта «белгілейді» және команданың орындалуын бақылайды.

ALU – екі айнымалыны арифметикалық және логикалық өңдеуді қамтамасыз етеді, нәтижесінде шығыс айнымалы қалыптасады. ALU функциялары әдетте қарапайым арифметикалық, логикалық және ауысым операцияларына дейін қысқартылады. Ол сондай-ақ алынған нәтижені және оны алу нәтижесінде болған оқиғаларды (нөлге теңдік, белгі, паритет, толып кету) сипаттайтын бірқатар нәтиже атрибуттарын (жалаушаларды) жасайды. Командаларды орындаудың одан әрі реттілігін шешу үшін жалауларды КО талдай алады.

Кез келген команданың орындалу нәтижесінде программа санауышы біреуге өзгереді, демек келесі программа командасына нұсқайды. Ағымдағыдан ретімен орындалмайтын, бірақ берілгеннен адрестердің белгілі санымен бөлінген команданы орындау қажет болғанда, арнайы өту пәрменінде басқару элементі тасымалданатын ұяшықтың адресі болады.

Қорытынды

Сонымен, фон Нейман ұсынған негізгі қағидаларды тағы бір рет атап өтейік:

· Екілік кодтау принципі.Екілік санау жүйесі мәліметтер мен командаларды көрсету үшін қолданылады.

· Есте сақтаудың біртектілігі принципі.Екі бағдарлама да (командалар) да, деректер де бір жадта сақталады (және бір санау жүйесінде кодталған – көбінесе екілік). Деректердегі сияқты пәрмендерде бірдей әрекеттерді орындауға болады.

· Жадтың адрестілігі принципі.Құрылымдық жағынан негізгі жады нөмірленген ұяшықтардан тұрады; кез келген ұяшық процессорға кез келген уақытта қол жетімді.

Компьютер архитектурасы және фон Нейман принциптері

«Архитектура» термині компьютердің негізгі логикалық түйіндерінің жұмыс істеу принципін, конфигурациясын және өзара байланысын сипаттау үшін қолданылады. Сәулет- Бұл компьютер құрастырылатын аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз етудің көп деңгейлі иерархиясы.

Компьютер архитектурасы туралы ілімнің негізін көрнекті американ математигі Джон фон Нейман қалаған. Бірінші компьютер «Эниак» 1946 жылы АҚШ-та құрылды. Құрастырушылар тобына кіреді фон Нейман, кім ұсынды компьютер құрылысының негізгі принциптері: ауысу екілік жүйеақпаратты және сақталған бағдарлама принципін көрсету үшін есептеулер.

Есептеу бағдарламасын компьютердің жад құрылғысына орналастыру ұсынылды, ол командаларды орындаудың автоматты режимін және нәтижесінде компьютердің жылдамдығын арттыруды қамтамасыз етеді. (Еске салайық, бұрын барлық компьютерлер өңделген сандарды ондық түрде сақтаған, ал бағдарламалар арнайы патч-панелге секіргіштерді орнату арқылы орнатылатын.) Нейман бағдарламаны нөлдер мен бірліктердің жиыны ретінде де сақтауға болатынын бірінші болды, сонымен қатар, сол жадта және ол өңдейтін сандар.

Компьютерді құрудың негізгі принциптері:

1. Кез келген компьютер үш негізгі компоненттен құралады: процессор, жад және құрылғылар. енгізу-шығару (енгізу-шығару).

2. Компьютер жұмыс істейтін ақпарат екі түрге бөлінеді:

өңдеу командаларының (бағдарламаларының) жиынтығы; өңделетін деректер.

3. Командалар да, деректер де жадқа (RAM) енгізіледі - сақталған бағдарлама принципі .

4. Процессор өңдеуді басқарады, оның басқару блогы (БҚ) оперативті жадтан командаларды таңдап, олардың орындалуын ұйымдастырады, ал арифметикалық логикалық блок (АРБ) деректермен арифметикалық және логикалық операцияларды орындайды.

5. Енгізу/шығару құрылғылары (енгізу/шығару) процессормен және жедел жадымен байланысты.

Фон Нейман компьютердің логикалық құрылғысының іргелі принциптерін алға тартып қана қойған жоқ, сонымен қатар ЭЕМ-нің алғашқы екі буынында қайта шығарылған құрылымды ұсынды.

Сыртқы жад құрылғысы (OVD)

Күріш. 1. Компьютер архитектурасы Пішіннің соңы,

Кездейсоқ қол жеткізу жады (RAM)

принциптеріне негізделген

фон Нейман

- ақпарат ағындарының бағыты; - процессордан компьютердің басқа түйіндеріне басқару сигналдарының бағыты

Фон Нейманның сәулет негіздері есептеуіш құрылғыларіргелі болғаны сонша, олар әдебиетте «фон Нейман архитектурасы» деген атқа ие болды. Қазіргі кездегі VM-лердің басым көпшілігі фон Нейман машиналары.

Үшінші буындағы ЭЕМ-нің пайда болуы транзисторлардан интегралды схемаларға көшумен байланысты болды, бұл процессор жылдамдығының артуына әкелді. Енді процессор баяу енгізу-шығару құрылғыларынан ақпаратты күтіп, бос тұруға мәжбүр болды және бұл тұтастай алғанда бүкіл компьютердің тиімділігін төмендетті. Бұл мәселені шешу үшін сыртқы құрылғылардың жұмысын басқарудың арнайы схемалары немесе жай ғана жасалды контроллерлер.

Қазіргі заманғы сәулет дербес компьютерлернегізінде магистральдық-модульдік принцип. Ақпараттық байланысарқылы компьютер құрылғылары арасында жүйелік автобус(басқа атауы - жүйелік магистраль).

Автобус - көптеген өткізгіштерден тұратын кабель. Дирижерлердің бір тобы - деректер шинасыөңделген ақпарат беріледі, екінші жағынан - мекенжай шинасы- процессор қатынайтын жадтың немесе сыртқы құрылғылардың адрестері. Магистральдың үшінші бөлігі - басқару автобусы, ол арқылы басқару сигналдары беріледі (мысалы, құрылғының жұмысқа дайындығы туралы сигнал, құрылғыны іске қосу сигналы және т.б.).

Жүйе шинасы қалай жұмыс істейді? Бірліктер мен нөлдік разрядтар тек программисттердің санасында ғана бар екенін айттық. Процессор үшін оның контактілеріндегі кернеулер ғана шынайы. Әрбір түйреуіш бір битке сәйкес келеді және процессор тек екі кернеу деңгейін ажырата алады: иә-жоқ, жоғары-төмен. Сондықтан процессордың адресі адрес шинасы деп аталатын арнайы түйреуіштердегі кернеулер тізбегі болып табылады. Мекенжай шинасы контактілерінде кернеулер орнатылғаннан кейін, көрсетілген мекенжайда сақталған нөмірді кодтайтын деректер шинасы контактілерінде кернеулер пайда болады деп елестетуге болады. Бұл сурет өте өрескел, себебі жадтан деректерді алу үшін уақыт қажет. Шатаспау үшін арнайы сағат генераторы процессордың жұмысын басқарады. Ол процессордың жұмысын бөлек қадамдарға бөлетін импульстарды тудырады. Процессордың уақыт бірлігі – бір цикл, яғни тактілік генератордың екі импульсі арасындағы интервал.

Процессордың адрестік шинасында пайда болатын кернеулер физикалық адрес деп аталады. В нақты режимпроцессор тек физикалық адрестермен жұмыс істейді. Керісінше, процессордың қорғалған режимі қызықты, бұл бағдарлама логикалық адрестермен жұмыс істейді, ал процессор оларды көрінбейтін түрде физикалық түрлендіреді. Windows жүйесі қорғалған процессор режимін пайдаланады. Заманауи операциялық жүйелер мен бағдарламалар жадты қажет ететіні сонша, процессордың қорғалған режимі оның нақты режимінен әлдеқайда «нақты» болды.

Жүйелік шина сипатталады сағат жиілік және бит тереңдігі.Шинада бір уақытта жіберілетін биттердің саны шақырылады автобус ені. Сағат жиілігісекундына элементар деректерді беру операцияларының санын сипаттайды. Шина ені битпен өлшенеді. тактілік жиілік- мегагерцте.

Мәліметтер шинасында процессордан басқа құрылғыларға берілетін кез келген ақпарат қоса беріледі мекенжайымекенжай шинасы арқылы жіберіледі. Бұл жад орнының мекенжайы немесе мекенжай болуы мүмкін перифериялық құрылғы. Шина ені жад ұяшығының мекенжайын тасымалдауға мүмкіндік беруі қажет. Осылайша, сөзбен айтқанда, шинаның ені компьютердің жедел жадының көлемін шектейді, ол -ден артық болуы мүмкін емес, мұндағы n - шинаның ені. Шинаға қосылған барлық құрылғылардың өнімділігі біркелкі болуы маңызды. Жылдам процессор мен баяу жады немесе жылдам процессор мен жад, бірақ қатты дискі баяу болуы ақылға сыймайды.

Күріш. 2. Негізгі принцип бойынша құрастырылған компьютердің құрылғысының схемасы

Қазіргі компьютерлерде енгізілген ашық архитектура принципі,пайдаланушыға қажетті компьютердің конфигурациясын аяқтауға және қажет болған жағдайда оны жаңартуға мүмкіндік береді.

Конфигурациякомпьютер компьютерді құрайтын компьютер компоненттерінің нақты жиынын білдіреді. Ашық архитектура принципі компьютер құрылғыларының құрамын өзгертуге мүмкіндік береді. Қосымша перифериялық құрылғыларды ақпараттық магистральға қосуға болады, кейбір құрылғы үлгілерін басқалармен ауыстыруға болады.

Перифериялық құрылғыны шинаға физикалық деңгейде аппараттық қосу арнайы блок арқылы жүзеге асырылады - контроллер(басқа атаулар адаптер, тақта, карта). Контроллерлерді орнату үшін аналық платаАрнайы қосқыштар бар слоттар.

Перифериялық құрылғының жұмысын бағдарламалық басқару бағдарлама арқылы жүзеге асырылады - жүргізушіқұрамдас бөлігі болып табылатын операциялық жүйе. Компьютерде орнатуға болатын көптеген құрылғылар болғандықтан, әр құрылғы әдетте осы құрылғымен тікелей әрекеттесетін драйвермен бірге келеді.

Компьютер сыртқы құрылғылармен байланысады порттар- компьютердің артқы жағындағы арнайы қосқыштар. Айырмау дәйектіжәне параллельпорттар. Сериялық (COM - порттар) манипуляторларды, модемді қосу және үлкен қашықтыққа шағын көлемдегі ақпаратты беру үшін қолданылады. Параллель (LPT - порттар) принтерлерді, сканерлерді қосу және үлкен көлемдегі ақпаратты жіберу үшін қолданылады. қысқа қашықтықтар. Жақында әр түрлі құрылғыларды қосуға болатын сериялық әмбебап порттар (USB) кең таралған.

1946 жылы Д.фон Нейман, Г.Голдштейн және А.Беркс бірлескен мақалаларында ЭЕМ құрылысы мен жұмысының жаңа принциптерін атап көрсетті. Кейіннен осы принциптер негізінде компьютерлердің алғашқы екі буыны шығарылды. Нейманның қағидалары бүгінгі күні де өзекті болғанымен, кейінгі ұрпақтарда біршама өзгерістер болды.

Шын мәнінде, Нейман көптеген басқа ғалымдардың ғылыми әзірлемелері мен жаңалықтарын жалпылап, олардың негізінде түбегейлі жаңасын тұжырымдай алды.

Фон Нейманның принциптері

Екілік санау жүйесінің компьютерлерде қолданылуы. Ондық жүйеден артықшылығы - құрылғыларды өте қарапайым жасауға болады, екілік жүйеде арифметикалық және логикалық операциялар да өте қарапайым.
Компьютердің бағдарламалық құралын басқару. Компьютердің жұмысы командалар жиынтығынан тұратын бағдарлама арқылы басқарылады. Командалар бірінен соң бірі ретімен орындалады. Жадында сақталған бағдарламасы бар машинаны жасау бүгінгі күні бағдарламалау деп атайтын нәрсенің бастамасы болды.
Компьютер жады тек мәліметтерді сақтау үшін ғана емес, сонымен қатар бағдарламалар үшін де қолданылады. Бұл жағдайда программа командалары да, деректер де екілік санау жүйесінде кодталады, яғни. олардың жазу тәсілі бірдей. Сондықтан белгілі бір жағдайларда деректердегі сияқты пәрмендерде бірдей әрекеттерді орындауға болады.
Компьютердің жады ұяшықтарында ретімен нөмірленген адрестер болады. Кез келген уақытта кез келген жад ұяшығына мекенжайы бойынша қол жеткізуге болады. Бұл принцип бағдарламалауда айнымалыларды пайдалану мүмкіндігін ашты.
Бағдарламаны орындау кезінде шартты өту мүмкіндігі. Командалар ретімен орындалатынына қарамастан, бағдарламалар кодтың кез келген бөліміне өту мүмкіндігін жүзеге асыра алады.

Бұл принциптердің ең маңызды салдары деп атауға болады, енді бағдарлама машинаның тұрақты бөлігі болды (мысалы, калькулятор сияқты). Бағдарламаны өзгерту оңай болды. Бірақ жабдық, әрине, өзгеріссіз қалады және өте қарапайым.

Салыстыру үшін ENIAC компьютерінің бағдарламасы (мұнда жадта сақталған бағдарлама болмаған) панельдегі арнайы секіргіштер арқылы анықталды. Құрылғыны қайта бағдарламалауға бір күннен астам уақыт кетуі мүмкін (секіргіштерді басқаша орнату). Қазіргі заманғы компьютерлерге арналған бағдарламалардың жазылуы жылдарға созылуы мүмкін болса да, олар қатты дискіге бірнеше минут орнатылғаннан кейін миллиондаған компьютерлерде жұмыс істейді.

Фон Нейман машинасы қалай жұмыс істейді

Фон Нейман машинасы сақтау құрылғысы (жады) – жад, арифметикалық логикалық блок – ALU, басқару құрылғысы – CU, сонымен қатар енгізу және шығару құрылғыларынан тұрады.

Пәрмен қандай операцияны орындау керектігін көрсетуден (осы аппараттық құралда мүмкін болатын операциялардан) және көрсетілген операцияны орындау қажет деректер сақталатын жад ұяшықтарының мекенжайларынан, сондай-ақ ұяшықтың адресінен тұрады. онда нәтиже жазылуы керек (егер оны жадта сақтау қажет болса).

Арифметикалық логикалық блок көрсетілген деректер бойынша командалармен көрсетілген операцияларды орындайды.

Арифметикалық логикалық блоктан нәтижелер жадқа немесе шығару құрылғысына шығарылады. Жадтың шығару құрылғысының принципті айырмашылығы мынада: мәліметтер жадта компьютерді өңдеуге ыңғайлы формада сақталады, ал шығару құрылғылары (принтер, монитор, т.б.) адамға ыңғайлы түрде өңделеді. .

КО компьютердің барлық бөліктерін басқарады. «Не істеу керек» сигналдары басқару құрылғысынан басқа құрылғыларға жіберіледі, ал басқа құрылғылардан басқару блогы олардың күйі туралы ақпаратты алады.

Басқару құрылғысында «бағдарламалық есептегіш» деп аталатын арнайы регистр (ұяшық) бар. Бағдарлама мен мәліметтерді жадыға жүктегеннен кейін программаның есептегішіне программадағы бірінші команданың адресі жазылады. КО адресі программалық есептегіште орналасқан жад ұяшығының мазмұнын жадтан оқиды және оны арнайы құрылғыға – «Командалар реестріне» орналастырады. КО команданың жұмысын анықтайды, командада адрестері көрсетілген мәліметтерді жадта «белгілейді» және команданың орындалуын бақылайды. Операцияны ALU немесе компьютерлік жабдық орындайды.